Файл: Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах.pdf

ле затвердевания бетона произвести натяжение каната при помо­ щи механического или гидравлического домкрата.

§ 3. Ж Е Л Е З О Б Е Т О Н Н Ы Е С В А И И Ш П О Н Ы

Р а с ч е т с в а й и шпон . Расчет параметров укрепления усту­ пов сваями и шпонами сводится к выбору их конструкции, опреде­ лению несущей способности с учетом соответствующего вида де­ формации, расстояния между отдельными элементами в ряду, чис­ ла рядов, глубины заделки замка ниже поверхности скольжения.

Эффективность укрепления неустойчивых участков уступов сваями определяется правильным выбором расчетной схемы в кон­ кретных инженерно-геологических условиях. Инженерно-геологиче­

няются при укреплении откосов на карьерах, имеют сопро­ тивление изгибу, в 10—12 раз меньшее, чем срезу. При срезе в работе участвует полное сечение конструкции, причем касательные напряжения т равномерно распределены по всему сечению (рис. IV. 8). При изгибе максимальные нормальные напряжения а возникают в верхних слоях материала, постепенно уменьшаясь до нуля к центру сечения (касательные напряжения в данном случае по величине будут меньше), т. е. в работе активно участвует только часть сечения.

Конструкция сваи должна обеспечить максимальный эффект при минимальном расходе материала за счет рационального его размещения по сечению сваи.

Расчет свайной крепи производится с учетом условий работы сваи. Срез свай в ослабленной зоне возможен в том случае, когда породы основания и сползающего блока достаточно крепки, а на­

112

рушение, по которому может произойти сдвиг, имеет незначитель­ ную мощность (рис. IV. 9, а). Если нарушение представлено зоной перемятых разупрочненных пород, склонных к пластическим де­ формациям, или породы призмы обрушения склонны к осыпанию, свая может быть разрушена под действием изгибающего момента

(рис. IV. 9, б, в).

В практике открытых горных работ большое распространение получили железобетонные сваи набивного типа с жесткой арма­ турой. Эти сваи просты в изготовлении и достаточно надежны в работе. Однако они могут рекомендоваться к применению (без до­ полнительных мероприятий, обес­ печивающих их жесткость) толь­ ко при условии, что деформация уступа не вызовет возникновения изгибающих моментов. В против­ ном случае предпочтительнее при­ менение свай-оболочек большого'

диаметра.

По конструкции железобетонные сваи набивного типа разделя­ ются на сваи с продольной гибкой арматурой и хомутами (от­ дельными или спиральными) и сваи с жесткой арматурой (рис. IV. 10). Выбор типа свай зависит от величины и характера нагрузки, которую должна нести свая. При одном и том же попе­ речном сечении сваи с жесткой арматурой способны воспринимать значительно большую нагрузку и более просты в изготовлении, но для них требуется больше металла.

В сваях с гибкой арматурой каркас изготовляется из круглых стержней периодического профиля диаметром 12 мм и более, уста­ навливаемых симметрично относительно оси сваи, причем диаметр

113

и число стержней выбираются в зависимости от размеров попе­ речного сечения. Расстояние между продольными стержнями со­ ставляет обычно не менее 5 см, чтобы обеспечить возможность сво­ бодного прохождения бетона между ними. Чтобы увеличить сопро­ тивление изгибу сваи, стержни располагают возможно ближе к ее наружной поверхности, но для предотвращения коррозии армату­ ры — не ближе 2,5 см от этой поверхности.

Хомуты служат главным образом для увеличения несущей спо­ собности сваи при действии поперечных нагрузок. Они должны плотно прилегать к продольной арматуре и скрепляться с нею вя­ зальной проволокой или привариваться. Диаметр прутьев для изго­ товления хомутов Принимается не менее 25% диаметра стержней продольной арматуры, но не менее 6 мм. Расстояние между хому­ тами не должно превышать 15 диаметров продольных стержней.

Для изготовления свай с жесткой арматурой используют рель­ сы, двутавры, швеллеры и другой прокат. Арматуру можно распо­ лагать как по всей длине сваи, так и в отдельных ее частях, в за­ висимости от конкретных условий, в которых производится укреп­ ление.

Коэффициент армирования свай с жесткой арматурой рекомен­ дуется принимать в пределах 10—12%, при содержании арматуры более 15% возможно отслаивание бетона. Такую сваю следует рас­ сматривать как стальную конструкцию, бетон же в ней или рабо­ тает отдельно, или служит изолирующим материалом. Толщина защитного слоя в сваях с жесткой арматурой принимается не ме­ нее 5 см.

В соответствии с нормами проектирования строительных кон­ струкций (СНиП) расчет сварной крепи на изгиб производят по методу предельных состояний. Несущая способность сечения опре­ деляется исходя из разрушающего усилия, а безопасность работы конструкции обеспечивается тем, что допустимая величина усилия, действующего на сваю в условиях эксплуатации, принимается ни­

где N — усилие в сечении (например, изгибающий момент), зави­ сящее от нормативных нагрузок, расчетной схемы и коэффициента перегрузки; Ф — расчетная несущая способность сечения, являю- * щаяся функцией геометрических размеров и упруго-пластической характеристики сечения S, нормативных сопротивлений материалов R’6 и R"a, коэффициентов однородности k§ и ka, коэффициентов ус­

ловий работы те, т и та.

Если неравенство (IV. 15) соблюдается, то прочность конструк­ ции обеспечена.

Рассмотрим работу свай в откосах, деформации которых вызы­ вают действие изгибающих моментов. Несущая способность типо-

114

вых железобетонных свай обычно указана в паспорте, выдаваемом заводом-изготовителем на каждое изделие. Зная несущую способ­ ность сваи и величину изгибающего момента, определяем числа свай, необходимое для укрепления. В зависимости от характера деформации уступа величина изгибающего момента приобретает различные значения. Если сдвиг образуется по слабому прослокг небольшой мощности, а сама призма обрушения монолитна, то максимальный изгибающий момент определяется по формуле (см.

рис. IV. 9, б).

где F — давление призмы обрушения, тс; т — мощность слабого прослоя, м.

В слоистых и трещиноватых породах в результате взаимного перемещения отдельных блоков пород внутри призмы возможного обрушения возникает изгибающий момент, величина которого за­ висит от вертикальной мощности призмы возможного обрушения и определяется из выражения

М = Fhlt тс-м, (IV.17)

а в однородном уступе при расчетной поверхности скольжения, за­ канчивающейся вертикальной трещиной отрыва,

шпунтовой стенке. Такой характер разрушения пород верхней бров­ ки уступа прослеживается на моделях слоистых откосов. Наиболее неблагоприятные условия для работы свай возникают при ополза­ нии пород перед свайным рядом и обнажении их на всю глубину до поверхности скольжения (рис. IV. 11, а). Сваи рассчитываются на максимальный изгибающий момент, их свободные концы анкеруются. Анкеры устанавливаются вне зоны сдвига и соединяются со сваями тяжами.

Если заглубление замка сваи в ненарушенный массив обеспе­ чивает ее устойчивость, то схему работы сваи можно представить как работу балки с заделанным концом, загруженной сплошной не­ равномерной нагрузкой. Свая с анкером в верхней части рассмат­ ривается как балка на двух опорах, загруженная также сплошной неравномерной нагрузкой. Торца величина изгибающего момента определится по формуле

2

Р и с . I V .И . С х е м а р а бот ы св аи в о п о л зн ев о м

уст у п е :

а— план и профиль уступа с расположением свай; б —

поперечное сечение сваи-оболочки; / — трещина отрыва; 2 — сжатая зона

Расчет нетиповых железобетонных свай-оболочек с арматурой, равномерно распределенной по окружности (рис. IV, 11,6) произ­ водится исходя из условия прочности сваи при изгибе [59]:

(см. табл. IV. 6); Ra — расчетное сопротивление сжатию бетона при

Если aSsO,75, то прочность сечения проверяется по условию

(IV. 22) при ЛОК= 0,645.

116